Результат интеллектуальной деятельности: АБСОРБЕР

Изобретение относится к колонным массообменным аппаратам и предназначено для мокрой очистки воздуха от газообразных вредностей.

Наиболее близким известным техническим решением по своей сущности и достигаемому эффекту является абсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с входным патрубкам для газа, горизонтальные массообменные тарелки, ороситель и каплеуловитель в виде двух горизонтальных перегородок, между которыми концентрично размещены каплеосадительные обечайки (патент РФ №8630 (прототип)).

Недостатком известного устройства является то, что в абсорбере при изменениях расхода газа часть концентрических каналов между обечайками закрывают или открывают вручную с помощью поворотных клапанов, что обеспечивает требуемую скорость движения газа по каналам и интенсивность сепарации. Однако из-за трудности определения момента, когда такая регулировка необходима, последнюю производят несвоевременно и ориентировочно, а в случае, когда имеет место частое изменение расхода газа, такая регулировка не производится из-за того, что при этом требуется остановка абсорбера и его частичная разборка.

Технический результат - повышение эффективности каплеулавливания при переменных расходах газа.

Это достигается тем, что в абсорбере, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для газа, горизонтальные массообменные тарелки, ороситель и каплеуловитель в виде двух горизонтальных перегородок, между которыми концентрично размещены каплеосадительные обечайки, в центральной обечайке размещен подвешенный на пружине поршень, зазор между перегородками снабжен по крайней мере одной дополнительной горизонтальной перегородкой и вертикально установленной радиальной стенкой, образующей две камеры, ограниченные по высоте верхней и нижней перегородками, одна из которых сообщена с полостью центральной обечайки через окно, выполненное на всю высоту этой камеры, и снабжена входными окнами в каналы между обечайками, а вторая камера снабжена выходными окнами указанных каналов и центральным выходным окном, выполненным в верхней перегородке, форсунка оросителя содержит полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие, и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, а в рассекателе, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса посредством по крайней мере трех спиц и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника выполнено дроссельное отверстие.

На фиг. 1 показана схема абсорбера, на фиг. 2 - вид по сечению А-А, на фиг. 3 - вид по сечению В-В, на фиг. 4 - вид по сечению С-С, на фиг. 5 - схема оросителя 6 в виде распылительной форсунки.

Абсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с входными и выходными патрубками 2 и 3 для газа, горизонтальные массообменные тарелки 4 с насадкой 5, ороситель 6 и каплеуловитель в виде двух горизонтальных перегородок 7 и 8, между которыми концентрично размещены каплеосадительные обечайки 9.

В центральной обечайке 10 размещен подвешенный на пружине 11 поршень 12. Зазор между перегородками 7 и 8 снабжен по крайней мере одной дополнительной перегородкой 13. Указанный зазор снабжен также вертикально установленной радиальной стенкой 14, образующей две камеры 15 и 16. Камеры 15 и 16 ограничены по высоте верхней и нижней перегородками 7 и 8.

Камера 16 сообщена с полостью центральной обечайки 10 через окно 17, выполненное на всю высоту этой камеры, и снабжена входными окнами 18 в сепарационные каналы между обечайками 9.

Камера 15 снабжена выходными окнами 19 каналов между обечайками 9 и центральным выходным окном 20, выполненным в верхней перегородке 7.

Перегородки 13 снабжены отверстиями 22 и лотками 23 для сбора отсепарированной жидкости, стекающей с обечаек 9. Лотки 23 соединены с вертикальными трубками 24. Нижний конец трубок 24 размещен у козырька 25 для слива уловленной жидкости на стенке корпуса 1. Нижняя часть корпуса 1 снабжена патрубком 26 для слива загрязненной жидкости. Верхняя часть центральной обечайки 10 снабжена упором 21.

Абсорбер работает следующим образом.

Орошающая жидкость подается в абсорбер и распыляется по сечению с помощью оросителя 6. Жидкость смачивает насадку 5 на верхней тарелке 4 и, проваливаясь вниз, смачивает такую же насадку на нижней тарелке 4. Далее жидкость стекает в нижнюю часть корпуса и через патрубок 26 выводится из абсорбера.

Загрязненный газ через патрубок 2 входит в корпус, проходит перфорацию тарелок 4, сжижая насадку 5, и очищается от вредностей. Далее газ поступает в каплеуловитель через полость центральной обечайки 10, своим напором поднимает поршень 12 до установления равновесия между весом поршня и напором газа, после чего через окно 17 входит в камеру 16, откуда через окна 18 направляется в сепарационные криволинейные каналы между обечайками 9, где под действием центробежных сил производится осаждение капель жидкости на стенках обечаек 9. Очищенный от капельной жидкости газ через выходные окна 19 входит в камеру 15 и через окно 20 верхней горизонтальной перегородки 7 (фиг. 3) направляется через патрубок 3 потребителю.

При увеличении расхода газа поршень 12 приподнимается вверх и открывает окно 17 центральной обечайки на большую высоту, поэтому газ поступает на сепарацию не только в нижние каналы, ограниченные нижней перегородкой 8 и смежной с ней дополнительной перегородкой 13, но и в вышележащий ярус каналов, ограниченный дополнительными перегородками 13. При дальнейшем увеличении расхода газа и повышения его напора поршень 12 поднимается до упора 21, открывая все ярусы сепарационных каналов.

При уменьшении расхода газа поршень 12 под действием своего веса растягивает пружину 11 и опускается вниз, закрывая часть высоты окна 17 и прекращая доступ газа на сепарацию в верхние яруса сепарационных каналов.

Таким образом, чем больше расход газа, тем выше площадь поперечного сечения сепарационных каналов, через которые проходит газ с одновременной сепарацией, и наоборот, чем меньше расхода газа, тем ниже площадь поперечного сечения этих каналов. Это обеспечивает постоянство скорости движения газа по каналам с оптимальной сепарацией. Жидкость, уловленная на поверхности обечаек, стекает в виде пленки вниз и через отверстия 22 попадает в лотки 23, откуда через вертикальные трубки 24 направляется на козырек 25 и далее в виде пленки стекает вниз по стенке корпуса 1.

На фиг. 5 представлена схема оросителя 6 в виде распылительной форсунки.

Форсунка содержит цилиндрический полый корпус 27 с каналом 29 для подвода жидкости и соосную, жестко связанную с корпусом втулку 28 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 30, верхняя цилиндрическая ступень 32 которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником 33, имеющим центральное отверстие 35, и установленным с кольцевым зазором 36 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 30.

Кольцевой зазор 36 соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами 31, выполненными в двухступенчатой втулке 30, соединяющими его с кольцевой полостью 34, образованной внутренней поверхностью втулки 28 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 32, причем кольцевая полость 34 связана с каналом 29 корпуса 27 для подвода жидкости.

К центральному сердечнику 33, в его нижней части, жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса 37, соосного центральному отверстию 35 сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника 33, а к нижнему основанию усеченного конуса 37 посредством по крайней мере трех спиц 39 прикреплен рассекатель 38, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 36.

На внешней боковой поверхности усеченного конуса 37 имеются винтовые канавки (не показано), которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.

В рассекателе 38, который прикреплен к нижнему основанию усеченного конуса 37 посредством по крайней мере трех спиц 39 и выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 36, осесимметрично центральному отверстию 35 центрального сердечника 33 выполнено дроссельное отверстие 40.

Возможен вариант, когда к втулке 28, жестко связанной с корпусом 27, в ее нижней части соосно прикреплен внешний диффузор 41, а к нижнему основанию усеченного конуса 37 распылителя, жестко прикрепленного к центральному сердечнику 33, в его нижней части, при этом на внешней боковой поверхности усеченного конуса 37 имеются винтовые канавки, соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор 42, таким образом, что выходные сечения внешнего 41 и внутреннего 42 диффузоров лежат в одной плоскости.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 28 и затем поступает по двум направлениям: первое - в кольцевую полость 34 через радиальные каналы 31, затем в кольцевой зазор 36 между соплом и центральным сердечником 33. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности и приобретает вращательное движение на винтовой внешней поверхности усеченного конуса 37.

Второе направление, по которому поступает жидкость - через канал 29 для подвода жидкости в полость центрального отверстия 35 центрального сердечника 33, а затем через полость усеченного конуса 37 поступает на рассекатель 38, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 36, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих по этим направлениям.

Наличие газовых включений в жидкости дополнительно возмущает ее поверхность, что приводит к волнообразованию и объемному дроблению жидкостной пленки. Потери механической энергии при внешнем разгоне (по внешней конической поверхности) уменьшаются по сравнению с таким же разгоном в закрытом канале.

Кроме того, форсунка может использоваться в различных технологических процессах, в которых требуется обеспечить высокую эффективность тепломассообменных процессов при распылении жидкостей.

Технико-экономическая эффективность предложенного абсорбера заключается в повышении качества каплеулавливания до 15-20% за счет автоматической регулировки живого сечения сепарационных каналов между обечайками в зависимости от изменения расхода газа благодаря использованию подвешенного на пружине поршня, который за счет использования энергии напора газа изменяет свое положение по высоте и тем самым регулирует проходное сечение сепарационных каналов между обечайками.